I H C QU C GIA TP H CHÍ MINH TR NG I H C BÁCH KHOA o0o PH M ÀM S N TÙNG PHÂN TÍCH D M T A NG XÉT N CH U V T TH CHUY N N BI N D NG N N VÀ MÓNG Chuyên ngành: XÂY D NG C U H M Mã ngành: 60 58 25 LU N V N TH C S Thành ph H Chí Minh, tháng n m 2014 Cơng trình c hồn thành t i: Tr Cán b h ng d n khoa h c: PGS.TS ng i h c Bách Khoa - HQG - HCM KI N QU C Cán b ch m nh n xét 1: TS PH M QUANG NH T Cán b ch m nh n xét 2: TS L Lu n v n th c s c b o v t i Tr NG V N H I ng i h c Bách Khoa, HQG Tp HCM Ngày 30 tháng n m 2014 Thành ph n H i ng ánh giá lu n v n th c s g m: PGS.TS LÊ TH BÍCH TH Y TS NGUY N DANH TH NG TS PH M QUANG NH T TS L PGS.TS NG V N H I KI N QU C Xác nh n c a Ch t ch H i ng ánh giá lu n v n Tr ngành sau lu n v n ã c s a ch a CH T CH H I NG PGS.TS LÊ TH BÍCH TH Y ng Khoa qu n lý chuyên TR NG KHOA K THU T XÂY D NG TR I H C QU C GIA TP HCM NG I H C BÁCH KHOA C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM c l p - T - H nh phúc NHI M V LU N V N TH C S H tên h c viên: PH M ÀM S N TÙNG MSHV: 11380348 Ngày, tháng, n m sinh: 27-02-1987 N i sinh: TP.HCM Chuyên ngành: Xây d ng C u h m Mã s : 60 58 25 I TÊN XÉT TÀI: PHÂN TÍCH D M T A N CH U V T TH CHUY N NG N BI N D NG N N VÀ MÓNG II NHI M V VÀ N I DUNG: Lu n v n g m n i dung sau: Ch ng 1: T ng quan Ch ng 2: C s lý thuy t Ch ng 3: Thi t l p cơng th c Ch ng 4: Ví d s Ch ng 5: K t lu n, ki n ngh III NGÀY GIAO NHI M V : 20/01/2014 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 20/6/2014 V CÁN B H NG D N: PGS.TS KI N QU C Tp HCM, ngày … tháng … n m 2014 CÁN B PGS.TS H NG D N KI N QU C TR CH NHI M B MÔN ÀO T O TS LÊ BÁ KHÁNH NG KHOA K THU T XÂY D NG L IC M N Trong th i gian hoàn thành lu n v n r t chân thành c m n PGS TS Ki n Qu c ng i ã t n tình ch b o tr ng, ánh giá cho nh n xét sâu s c Xin c m n s giúp c a Cu i xin c m n s ng l c r t l n v m t tinh th n hồn thành ng nghi p tơi ang làm vi c, ã h tr m i m t a nh ng ý ki n óng góp quan tài S Giao thông v n t i TP.HCM, n i tơi có th hồn thành t t tài ng h c a ba, m gia ình c a tơi ó m t tơi có th hồn thành lu n v n TĨM T T Tên tài: PHÂN TÍCH D M T A NG XÉT l ng c a d m t a n ch u v t th chuy n n bi n d ng c a n n móng V t th mang kh i l d m CHUY N N BI N D NG N N VÀ MÓNG Lu n v n phân tích ng x xét N CH U V T TH c mơ hình g m m t kh i l ng chuy n ng ng ng m t lò xo liên k t gi a d m v i kh i ng Tính bi n d ng c a n n móng c mơ hình b i g i àn h i Khi v t di chuy n d c theo chi u dài d m, tr ng l c c a v t th cịn có l c qn tính tác d ng vào d m Do d m t a g i àn h i nên chuy n v c a d m g m có chuy n v u n c a d m chuy n v c a g i t a àn h i ng, d m c ng c a d m, n ph n ng c ng c a g i àn h i, ng c a d m c kh o sát nh h ng c a v n t c chuy n c ng liên k t gi a kh i l ng Thesis title: “Analysis of simple beam subjected a moving ocsillator with considering deformation of foundation” In this thesis, a simple beam subjectec a moving oscillator is analyzed with considering deformation of foundation Deformation of foundation is modeled on effects of boundary flexibility Since a moving oscillator moves along the deflected curve of beam, effects of inertial force are considered with gravitation force Because of flexible boundary, components of beam displacement are bending beam and flexible boundary The effects of velocity of moving oscillator, stiffness of beam, stiffness of foundation, stiffness of moving oscillator on response of beam are discussed M CL C DANH M C CÁC HÌNH NG QUAN tv 1.2 M c tiêu nghiên c u c a Lu 1.3 Nhi m v c a Lu 1.4 C u trúc c a Lu 1.5 Tình hình nghiên c u 1.5.1 Tình hình nghiên c u th gi i 1.5.2 Tình hình nghiên c c LÝ THUY T 11 n t h u h n gi ng c a d m ch u u n 11 2.1.1 Nguyên lý công kh 11 2.1.2 Hàm n i suy c a ph n t d m ch u u n 11 ng c a ph n t d m ch u u n 13 2.1.4 Ghép n i ma tr n thành ma tr n t ng th 19 u ki n biên 23 ng c c u ng l c h c k t 24 24 2.2.2 Phân lo g pháp s 25 gi i h ng 26 2.3 Gi i thi u mơ hình tính tốn d m ch u tác d ng c a t i tr ng 29 T L P CÔNG TH C 33 3.1 Mơ hình 33 3.2 Thi t l p công th ng c a ph n t d m có kh ng di chuy n d m 34 3.3 Thi t l ng c a toàn k t c u 41 i 42 3.5 Thu t toán gi ng c a d m t móng ch u h kh n bi n d ng c a n n ng di chuy n d m 42 3.6 Gi i pháp th c hi n 47 S 48 4.1 Các toán ki m ch ng 48 4.1.1 Ví d 01: T n s t nhiên c a d m t 4.1.2 Ví d 02: D m t u ch u t i tr 4.1.3 Ví d 03:D m t u h kh 48 ng 49 ng chuy ng 51 4.2 Các ví d kh o sát 53 4.2.1 Ví d 04: Kh o sát h s ng chuy n v m gi a d m theo v n t c 53 4.2.2 Ví d 05: Kh o sát chuy n v l c tác d ng vào d c ng c a n n (Kn) 57 4.2.3 Ví d 06: Kh o sát chuy n v l n nh t c a d m theo v n t c h s n n 59 4.2.4 Ví d 07: Kh h kh võng l n nh t c a d c ng c a n n (Kn) ng (Ko) 61 T LU N VÀ KI N NGH 63 5.1 K t lu n 63 5.2 Ki n ngh 63 DANH M C CÁC HÌNH Hình 2.1 Ph n t d m ch u u n 12 Hình 2.2 Mơ hình 29 Hình 2.3 Mơ hình 30 Hình 2.4 Mơ hình 31 Hình 3.1 Mơ hình d m t Lu n bi n d ng n n móng l a ch n 33 Hình 3.2 Mơ hình v t th l a ch n Lu Hình 3.3 Mơ hình d m t ng chuy n bi n d ng n n móng ch u kh i ng d m l a ch n Lu Hình 4.1 D m t Hình 4.3.H s 34 u t i tr 35 ng 49 ng chuy n v t i x/L=0.5 tính tốn t Matlab 50 Hình 4.5 Chuy n v t i x/L=0.5 theo Gou W.H Xu Y.L 52 Hình 4.7.H s ng chuy n v t i gi a nh p d m t a g Hình 4.8 H s ng chuy n v t i gi a nh p d m t a g i c ng 54 Ví d 04: Kh o sát chuy n v Hình 4.9.Chuy n v Hình 4.10.Chuy n v m gi a d m gi a d m gi a d Hình 4.12 Chuy n v l n nh t c a d i 54 c ng c a d m 55 c ng c a d m 56 c ng c a n n 58 c ng c a n n v n t c chuy n ng c a v t th 60 Hình 4.13 Chuy n v l n nh t c a d c ng c a n n v n t c chuy n ng c a v t th 62 59 Kn - F (KN) 100 EL/L3 8.1 300 200 EL/L3 6.8 297 500 EL/L3 5.8 296.1 c ng c a n n l n chuy n v c a d m gi m c gi u có th c ng c a n n l n chuy n v c a d m g i t a i gây s gi c ng t ng th c k tc y, chuy n v c a d m s gi m s s n n l n - c ng c a n n l n, l c tác d ng vào d m t v t th chuy c gi chuy i m i th ng bao g m tr ng s gi m m, l c tác d ng vào d m t v t th ng c a v t th l c quán tính c a v t th c a v t th chuy ng d m Thành ph gia t c c a v t th t i m c th d m gi ng c tính thơng qua c ng c a n n l ng c a ng c a v t th gi t ng c a v t th gi m làm cho thành ph n quán tính tác d ng vào d m gi m theo 4.2.3 Ví d 06: Kh o sát chuy n v l n nh t c a d m theo v n t c h s n n S li u kh c tham kh o b S li u d m: - Chi u dài: L= 20m i: E= 2.1011 N/m2 - - Mơmen qn tính: I=0,048 m4 - Kh S h kh - m= 0,1 chi ng bao g m: L (kg) kg/m 60 c ng lò xo (c a v t th ): k0=1,50.106 N/m D c chia thành 20 ph n t c th o sát: ng v i m i thông s v n t c c a v t th di chuy n d m, ta tìm chuy n v l n nh t c a d -3 11 ng v i h s n n Kn Chuyen vi max cua dam theo Kn va V x 10 Kn=100 EI/L3 Kn=200 EI/L3 10 Chuyen vi max(m) Kn=500 EI/L3 goi cung 20 40 60 Hình 4.12 Chuy n v l n nh t c a d 80 100 van toc (Km/h) 120 140 160 180 c ng c a n n v n t c chuy c a v t th ng Nh n xét: -H s n ng c a d m t l ngh ch - Khi v t th chuy ng v i v n t c nh (v quan h gi a v n t c chuy n v nh p nhô nhi v n t c chuy n chuy n v c a d m nhi u , ng bi u di n m i xem ng c a 61 - Khi v t th chuy ng v i v n t c l n (v ng bi u di n quan h gi a chuy n v c a d m v n t c xem ng th ng Do ng c a v n t c chuy n chuy n v c a d m n tính - Kh o sát v=80km/h, ta th y r ng, chuy n v c a d m nh nh nói t n t i m t giá tr v n t c t i h n làm cho d m chuy n v nh nh t Khi chuy n ng v i v n t c l n ho c nh m n t c chuy n v c a d m s l ây u m i trình kh khai thác, s d ng 4.2.4 Ví d 07: Kh (Kn) h kh võng l n nh t c a d c ng c a n n ng (Ko) S li u kh c tham kh o b S li u d m: - Chi u dài: L= 20m i: E= 2.1011 N/m2 - - Mơmen qn tính: I=0,048 m4 - Kh S h kh - m= 0,1 - kg/m ng bao g m: L (kg) c ng lò xo (c a v t th ): k0=1,50.106 N/m - V n t c chuy D chi ng: v=20m/s c chia thành 20 ph n t c th o sát: ng v i m i thông s chuy n d m (Ko), ta tìm chuy n v l n nh t c a d c i c a v t th di ng v i h s n n Kn 62 -3 Chuyen vi max cua dam theo Kn va Ko voi v=20m/s x 10 9.5 Kn=100 EI/L3 Kn=200 EI/L3 Kn=500 EI/L3 goi cung Chuyen vi max(m) 8.5 7.5 6.5 5.5 Hình 4.13 Chuy n v l n nh t c a d Ko (N/m) 10 12 14 16 x 10 c ng c a n n v n t c chuy c a v t th ng Nh n xét: -H s n m Vì v ng c a d m t l ngh ch ng c a d m m t hàm c c ng c a h kh c ng n n (Kn), s có m t giá tr Ko làm cho d c ng c a h kh c ng c a h kh cho k t c u d m ng l n, chuy n v c a d g n gi ng ng Ta th y r ng, v i ng nh nh t ng gi m t thi t b gi m ch n 63 K T LU N VÀ KI N NGH 5.1 K t lu n - c mơ hình tính tốn d m t n bi n d ng n g u v t th chuy ng xét ng l c c a d m tl ng c a h th ng g m d m t a i v t th chuy - Xây d ng d m c thu ng c a d m t gi u v t th chuy s n bi n d ng n n t h u h ích phân tr c ti p Newmark b ng ngơn ng l p trình Matlab - Trong mơ hình d m t u v t th chuy móng, quan h gi a h s n n h s v n t c h s n bi n d ng n n ng chuy n v t l ngh ch; quan h gi a ng chuy n v t l thu n - V n t c di chuy n c a v t th th p ng nhi ng l n nh t c a d m, v n t c di chuy n l n m i quan h gi a v n t c ad mg ng l n nh t n tính T n t i m t giá tr v n t c t i h n làm cho chuy n v c a d m nh nh t - c ng liên k t c a v t th chuy gi ng có tác d ng h p th ng làm ng c a d m 5.2 Ki n ngh - ng l c d m ch u nhi u v t th chuy ng d ch u nhi u tác d - Phân ng c a d m v t th - Nghiên c u ng x c a d m d m i d m xu t hi ng, khuy t t t ng th i 64 TÀI LI U THAM KH O Ladislav Fryba, Vibration of Solid and Structure under Moving Loads, 3rd edition, Telford, 1999 Ladislav Fryba, Dynamics of Railway Bridges, 2nd edition, Telford, 1996 Y.B.Yang, J.D.Yau, J.S.Wu, Vehicle-Bridge interaction dynamics with application to high-speech railways, World Scientific Publishing Co.Pte.Ltd, 2004 Ki n Qu ng l c h c k t c Ismail Esen, Dynamic response of beam due to an accelerating moving mass using moving finite element approximationg, Mathematical and Computational Applications, Vol.16, No.1, pp 171-182, 2011 Huajiang Ouyang, Moving-load dynamic problems: A tutorial (with a brief overview), Journal of Sound and Vibration 25 (2011) 2039 2060 FarhadS.Samani, FrancescoPellicano, Vibration reduction on beams subjected to moving loads using linear and nonlinear dynamic absorbers,Journal of Sound and Vibration 325 (2009) 742 754 C Bilello, L.A Bergman, Vibration of damaged beams under a moving mass: theory and experimental validation, Journal of Sound and Vibration 274 (2004) 567 582 H P Lee, Transverse Vibration of a Timoshenko Beam Acted on by an Accelerating Mass, Journal of Sound and Vibration Vol 47, No 4, pp 319-330, 996 ng, Bài gi 11 Ph Xây D ng 2010 n t h u h n, 2010 ng l c h c cơng trình NXB 65 Nguy t i tr ng l c c ng, Lu u tác d ng c a Chí Minh, 2010 13 Mesut Simsek, Vibration analysis of a functionally graded beam under a moving mass by using different beam theories, Journal of Sound and Vibration 92 (2010) 904 917 14 Ho-Chul Kwon, Man-Cheol Kim, In-Won Lee, Virbration control of brigdes under moving loads, Computers & Structures Vol 66, No 4, pp 473-480, 1998 15 R Zarfam, A.R Khaloo, Vibration control of beams on elastic foundation under a moving vehicle and random lateral excitations, Journal of Sound and Vibration 331 (2012) 1217 1232 16 Lu Sun, A closed-form solution of beam on viscoelastic subgrade subjected to moving loads, Computers and Structures 80 (2002) 17 P.Sniady, Vibrations of the beam due to a load moving with stochastic velocity, Probabilistic Engineering Mechanics 16 (2001) 53 59 18 N.Azizi, M.M.Saadatpour, Using spectral element method for analyzing continuous beams and bridges subjected to a moving load, Appl Math.Modell.(2011), doi:10.1016/j.apm.2011.10.019 19 RayW Clough, Joseph Penzien, Dynamic of structures, third edition,Computers & Structures, Inc 20 Fahim Javid, Vibration suppression of straight and curved beams traversed tario Institute of Technology, 2011 21 Nguy n Ti ng c a k t c n H i Quang, Tích phân tr c ti i- d ng 66 22 Junping Pu, Peng Liu, Numerical Calculation of Dynamic Response for Multi-Span Non-Uniform Beam Subjected to Moving Mass with Friction,Engineering, 2010, 2, 367-377 23 Serdar Hügül, Vibration analysis of systems subjected to moving loads by using the finite element method, A Thesis , Dokuz Eylül University, 2005 24 Zhuchao Ye, Huaihai Chen, Vibration analysis of simply supported beam under moving mass based on moving finite element method, Springer, 2009, 4(4):394-400 Ki n Qu c, Nguy n Th Hi Tr n T n Qu c, S c B n V t Li u, Nhà Xu t B Hoàng Tu n, i H c Qu c Gia TP H Chí Minh, 2004 26 Arash Yavari, Mostafa Nouri, Massood Mofid, Discrete element analysis of dynamic response of Temoshenko beams under moving mass, Advances in Engineering Software 33(2002) 143-153 27 A.Nikkhoo, F.R Rofooei, M.R Shadnam, Dynamic behavior and modal control of beams under moving mass, Journal of Sound and Vibration 306 (2007) 712-724 28 Hasan Bulut, Omer Kelesoglu, Comparing numerical methos of response of beams with moving, Advances in Engineering Soflware 41(2010) 976-980 29 Czeslaw I Bajer, Bartlomiej Dyniewicz, Virtual function of the space-time finite element method in moving mass problems, Computers and Structures 87(2009) 444-455 30 Kam Bakhshandeh, Bahador Sarajam, Boundary conditions effect dynamic behaviour of a uniform straight composite and isotropic beam due to moving force, Asian Journal of Scientific Reseach 1(3):193-202,2008 67 u, Tính k t c n t h u, Nhà Xu t B n Xây D ng, 2005 ng d t h u h n tính tốn k thu t, Nhà Xu t B n i H c Qu c Gia TP H Chí Minh, 2008 33 Klaus-Jurgen Bathe, Finite element procedures, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey,1996 34 Anil K Chopra, Dynamic of structure theory and application to eathquake engineering, Prentice Hall, 1995 35 Won Young Yang, Wenwu Cao, Tae Sang Chung, John Morris, Applied numerical method using matlab, A John Wiley & Son, inc, 2005 36 Yih-Hwang Lin, Vibration analysis of Timoshenko beams traversed by moving loads, Jounrnal of Marine Science and Technology.Vol.2, No1 pp.25-35 (1994) 37 Ho-Chul Kwon, Man-Cheol Kim and In-Won Lee, vibration control of bridges under moving loads, Computers & Structures Vol 66, No 4, pp 473±480, 1998 38 FarhadS.Samani, FrancescoPellicano, Vibration reduction on beams subjected to moving loads using linear and nonlinear dynamic absorbers, Journal of Sound and Vibration 325 (2009) 742 754 39 A Garinei, Vibrations of simple beam-like modelled bridge under harmonic moving loads, International Journal of Engineering Science 44 (2006) 778 787 40 Gou W.H Xu Y.L (2000), Direct Assembling matrix method for dynamic analysis of coupled vehicle Hong Kong bridge system, Advance in structural dynamic, Vol.1, 68 41 Lê Th Bích Th y, Nguy n Vi t Trung, C u Bê Tông C 2007 42 Sudhansu Meher, Dynamic Response of a Beam Structure to a Moving Mass 2012 43 Yonghong Chen, C.A.Tan, L.A.Bergman, Effects of Boundary flexibility on the Vibration of a continuum with a moving oscillator, Transactions of ASME Vol.124, 10/2002 44 Dan Stancioiu, Huajiang Ouyang, John E.Mottershead, Simon James, Experimental investigations of a multi-span flexible structure subjected to moving masses, Journal of Sound and Vibration 330 (2011) 2004 2016 45 A.Ariaei, S.Ziaei-Rad, M.Ghayour, Vibration analysis of beams with open and breathing cracks subjected to moving masses, Journal of Sound and Vibration 326 (2009) 709 724 46 Cristiano Bilello, Lawrence A Bergman, and Daniel Kuchma, Experimental Investigation of a Small-Scale Bridge Model under a Moving Mass, journal of structural engineering © asce / may 2004 / 799 47 P-E Austrell, O Dahlblom, J Lindemann, A Olsson, K-G Olsson, K Persson, H Petersson, M Ristinmaa, G Sandberg, P-A Wernberg, calfem A finite element toolbox Version 3.4, Structural Mechanics, LTH, Sweden 2004 48 Nguy n kh Lu n ch u t i tr ng v t chuy ng theo lý thuy t bi n d Chí Minh, 2009 u hịa t b c cao, 69 49 Nguy n T kh ng c a t m n ng c a v t chuy n ng, Lu Chí Minh, 2012 50 Nguy n Anh Duy, Phân tích d m Timoshenko s i tác d ng c a t i tr Lu ng b d ng h c n kh i n t h u h n, p H Chí Minh, 2012 51 Jia-Jang Wu, Dynamic analysis of an inclined beam due to moving loads, Journal of Sound and Vibration 288 (2005) 107 131 52 Raid Karoumi, Response of cable-stayed and suspension bridges to moving vehicles analysis methods and pratical modeling techniques, Doctoral thesis, Departerment of structural engineering Royal Institute of Technology, 1999 53 Nguy n Th FGMs n ng Phong, Phân tích ng x phi n d m l p ch i Winkler ch u t i tr ng u hịa, Lu Chí Minh, 2011 54 E.Sharbati, W.Szyzkowski, A new FEM approach for analysis of beams with relative movements of masses, Finite Elements in Analysis and Design 47(2011) 1047-1057 70 PH L C mt u v t th chuy n bi n d ng n n móng: VBIwDF.m format compact clc clear disp('Dam tua don chiu vat the chuyen dong xet den bien dang nen va mong'); L=20;%m noe=20; loe=L/noe; non=noe+1; nonpe=2; nodofpn=2; nodofos=non*nodofpn; coord(:,2)=0; for i=0:noe coord(i+1,1)=i*loe; end E=2e11;%N/m2 I=0.048;%m4 ro=1.5e4;%kg/m kn=100*E*I/L^3; for i=1:noe elem(i,1)=i; elem(i,2)=i+1; end %bo xu ly dieu kien bien K=zeros(nonpe*nodofpn,nonpe*nodofpn); M=zeros(nonpe*nodofpn,nonpe*nodofpn); ix=zeros(nonpe*nodofpn,1); KOS=zeros(nodofos,nodofos); MOS=zeros(nodofos,nodofos); f=zeros(nodofos,1); for ie=1:noe endoe(1)=elem(ie,1); endoe(2)=elem(ie,2); [K,M]=smovibbeamelem2(E,loe,I,ro); ix=indexos(endoe,nonpe,nodofpn); [KOS,MOS]=smosovib(KOS,MOS,K,M,ix); end KOS; 71 MOS; KOS(1,1)=KOS(1,1)+kn; KOS(nodofos-1,nodofos-1)=KOS(nodofos-1,nodofos-1)+kn; COS=zeros(nodofos,nodofos); %Khai bao dac trung khoi luong di chuyen mv=0.1*ro*L;% khoi luong vehicle (kg) kv=10;%do cung lo xo cua vehicle cv=0;%he so can cua vehicle v=60;%van toc chuyen dong cua vehicle am=0;%gia toc chuyen dong cua vehicle T=L/v;%thoi gian vat di het dam %Hang so tich phan Newmark gama=1/2; beta=1/4; dt=0.001;%buoc thoi gian a0=1/(beta*dt^2); a1=gama/(beta*dt); a2=1/(beta*dt); a3=1/(2*beta)-1; a4=gama/beta-1; a5=dt/2*(gama/beta-2); a6=dt/(1-gama); a7=gama*dt; %dieu kien ban dau X0=zeros(nodofos+1,1); X0d=zeros(nodofos+1,1); X0dd=zeros(nodofos+1,1); X(:,1)=X0; Xd(:,1)=X0d; Xdd(:,1)=X0dd; t=0; i=1; for t=dt:dt:T i=i+1; xglobal=v*t+0.5*am^2/2; s=fix(xglobal/loe)+1; if s